Спосіб спалювання пиловугільного палива

Винахід відноситься до енергетики і може бути використаний для спалювання пиловугільного палива, зокрема високозольного і низькореакційного пиловугільного палива, в топках котлів теплових електростанцій і в інших енергетичних агрегатах. Існує проблема збільшення ефективності спалювання високозольного і низькореакційного пиловугільного палива, яка пов'язана з технічною складністю забезпечення надійного горіння пиловугільного палива при змінах теплового навантаження пальникових пристроїв. На практиці ця проблема частково вирішується за рахунок "підсвітки" факелу горіння іншими високореакційними видами палива, наприклад мазутом або горючим газом, що являється примушеною і економічно невигідною мірою. Відомі способи спалювання пиловугільного палива, які передбачають попереднє спалювання однієї частини палива, змішування другої основної частини палива з гарячими продуктами спалювання першої частини палива і наступне спалювання одержаної суміші. При вказаному змішуванні основна частина палива прогрівається, частково газифікується, збагачується горючими газами, що включають CO, а в присутності водяного пару - і H2. Прогрітий і збагачений горючими газоподібними речовинами вугільний пил подають в топку котла, де він змішується з повітрям і спалюється. Так, відомий спосіб спалювання пилоподібного палива по авторському свідоцтву СРСР № 1550276, МКВ6 F 23 D 1/00, пріоритет від 16. 05. 88. Спосіб передбачує попереднє спалювання частини палива з наступним змішуванням неохолоджених продуктів спалювання з другою частиною палива, що подається в пальниковий пристрій в вигляді аєросуміші. Неохолоджені продукти попереднього спалювання частини палива розділяють на два потоки, один із яких вводять в аеросуміш в вигляді поперечних закручених струменів, а другий потік вводять в указану аеросуміш в вигляді центрального закрученого потоку. Високореакційні і високотемпературні продукти попереднього спалювання палива змішуються з аеросуміш'ю другої частини палива, підвищують температуру останньої, забезпечують більш ранішу газифікацію палива, підвищують стійкість горіння і ступінь вигорання основного палива. Загальними ознаками рішення, що заявляється, і вказаного аналогу являються: повне спалювання першої частини палива, змішування другої частини палива з продуктами спалювання першої частини палива і наступне спалювання одержаної суміші. Вказаний спосіб не дозволяє підвищити ступінь газифікації пиловугільного палива, так як умови, в яких проходить газифікація не забезпечують ефективне протікання відомих реакцій газифікації вугілля, наприклад реакції водяного пару і реакції гідрогенізації вуглецю. Це знижує можливості регулювання теплового навантаження пальникового пристрою і погіршує енергетичні показники спалювання пиловугільного палива, особливо високозольного або низькокалорійного. Як прототип вибрано спосіб спалювання пиловугільного палива відомий по патенту України № 26293, заявка № 98073614 , МКВ6 F 23 D 1/00, пріоритет від 24.09.1998. Відповідно з указаним способом загальну кількість пиловугільного палива розділяють на дві частини. Першу частину пиловугільного палива повністю спалюють з використанням відомих пальникових пристроїв і направляють в камеру газифікації. Другу частину палива розділяють на три потоки, кожний із яких роздільно вводять в одну із послідовно розташованих температурних зон продуктів спалювання першої частини палива в камері газифікації. В камері газифікації проходить змішування другої частини пиловугільного палива з продуктами спалювання першої частини пиловугільного палива, нагрівання палива і його часткова газифікація. На виході із камери газифікації одержують суміш горючого газу і пиловугільного палива, яку спалюють в топці. Спільними ознаками рішення, що заявляється, і прототипу являються: розділення палива на дві частини, повне спалювання першої частини палива, розділення другої частини палива на три потоки, введення кожного із вказаних потоків роздільно в одну із трьох послідовно розташованих температурних зон продуктів спалювання першої частини палива, змішування вказаних потоків другої частини палива з продуктами спалювання першої частини палива в указаних температурних зонах, подачу одержаної суміші в топку і наступне її спалювання в топці. Вказаний спосіб не забезпечує спалювання високозольного вугілля без застосування "підсвітки" факелу горіння іншими високореакційними видами палива, наприклад мазутом або природним газом. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу спалювання пиловугільного палива, в якому за рахунок особливостей виконання технологічних операцій підвищується ефективність спалювання високозольного вугілля без застосування високореакційних видів палива. Поставлена задача вирішується тим, що в способі спалювання пиловугільного палива, що включає розділення палива на дві частини, повне спалювання першої частини палива, розділення другої частини палива на три потоки, введення кожного із вказаних потоків роздільно в одну із трьох послідовно розташованих температурних зон продуктів спалювання першої частини палива, змішування вказаних потоків другої частини палива з продуктами спалювання першої частини палива в указаних температурних зонах, відведення одержаної горючої суміші в топку і наступне її спалювання в топці, відповідно до винаходу, спалювання першої частини палива і змішування вказаних потоків другої частини палива з продуктами спалювання першої частини палива виконують в закритому об'ємі, відведення горючої суміші в топку здійснюють через дроселюючий пристрій , а частину горючої суміші перед дроселюючим пристроєм відводять в зону спалювання першої частини палива. Перераховані ознаки являють суть винаходу, що заявляється. Ознаки, що складують суть винаходу, знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з технічним результатом (підвищується ефективність спалювання високозольного вугілля без застосування високореакційних видів палива). Розділення палива на дві частини, повне спалювання першої частини палива, розділення другої частини палива на три потоки, введення кожного із вказаних потоків роздільно в одну із трьох послідовно розташованих температурних зон продуктів спалювання першої частини палива, спалювання першої частини палива і змішування вказаних потоків другої частини палива з продуктами спалювання першої частини палива в закритому об'ємі, відведення горючої суміші в топку через дроселюючий пристрій, відведення частини горючої суміші перед дроселюючим пристроєм в зону спалювання першої частини палива - забезпечують те хнічний результат таким чином: - забезпечується горіння високозольного вугілля (першої частини палива) без застосування високореакційних видів палива, тому що цю частину палива розбавляють в зоні її згоряння горючою сумішшю, яку одержують на виході (перед дроселюючим пристроєм); регулюючи кількість горючої суміші управляють температурою факелу, що дозволяє спалювати практично любе по зольності і калорійності вугілля; - протікання процесів в замкнутому об'ємі забезпечує газифікацію вугільного палива під тиском, що сприяє збільшенню змісту метану в горючій суміші і підвищенню її енергетичної цінності; - виникають оптимальні умови для протікання відомих реакцій газифікації вугільного палива в різних температурних зонах; так в першій температурній зоні переважно протікає реакція Будуара (CO2+С=2 СО), в другій температурній зоні протікає реакція водяного газу (Н2О+С=Н2+CO), в третій зоні протікає реакція гідрогенізації вуглецю (2 Н2+С=СН4); В результаті забезпечується більш висока ступінь газифікації вугілля. На виході одержують суміш висококалорійного газу з пиловугільним паливом, яка, змішуючись з повітрям, легко запалюється і стійко горить. Далі приводиться докладний опис винаходу, що заявляється, з посиланнями на креслення, на якому схематично показаний один із можливих варіантів пристрою для реалізації способу. Загальну кількість пиловугільного палива, що спалюють, розділяють на дві частини. Першу частину пиловугільного палива повністю спалюють з використанням відомих пальникових пристроїв 1 в зоні 2. Продукти спалювання першої частини палива в завихреному виді направляють в камеру газифікації 3. Другу частину палива розділяють на три потоки. Кожен із вказаних потоків вводять через форсунки 4 роздільно в одну із трьох послідовно розташованих в камері газифікації 3 температурних зон продуктів спалювання першої частини палива І, II, IIІ. Температура першої зони І - 1200-1250°С, другої зони II - 8001000°С, третьої зони III - 400-600°С. Змішують вказані потоки другої частини палива з продуктами спалювання першої частини палива в указаних температурних зонах І, II, III. Кількість другої частини палива, яку подають в камеру газифікації 3 може міняться в широкому діапазоні (от 65 до 75 відсотків від загальних витрат палива), що забезпечує широкі можливості в управлінні тепловим навантаженням пальникового пристрою 1. Розділення другої частини палива на перший, другий і третій потоки виконують в співвідношенні 45-55 : 25-35 : 10-30 в мас.%. В камері газифікації 3 проходить нагрівання палива і його часткова газифікація. Носієм пиловугільного палива другого потоку являється водяна пара, що забезпечує протікання реакції водяного газу (Н2О+С= Н2+СО) в др угій температурній зоні II. Співвідношення водяної пари і пиловугільного палива в другому потоці повинно бути 0,35-0,55кг водяної пари на один кілограм пиловугільного палива. Носієм пиловугільного палива в першому і в третьому потоках може бути повітря. Спалювання першої частини палива і змішування вказаних потоків другої частини палива з продуктами спалювання першої частини палива виконують в замкнутому об'ємі. Це забезпечує умови протікання процесів газифікації під тиском, що в свою чергу сприяє збільшенню змісту метану в горючій суміші і підвищенню її енергетичної цінності. На виході одержують горючу суміш, яку відводять в топку і спалюють. Відведення горючої суміші в топку здійснюють через дроселюючий пристрій 5. Частину горючої суміші перед дроселюючим пристроєм 5 постійно відводять в зону спалювання 2 першої частини палива, що забезпечує повне спалювання першої частини палива при постійних витратах палива в стабільному стійкому режимі горіння. Один із можливих варіантів пристрою для реалізації способу, що заявляється, показаний на кресленні, що додається. Пристрій включає вихровий пальник 1 для спалювання першої частини пиловугільного палива в зоні спалювання 2 з підводом 6 вугільного пилу і повітря і підводом 7 горючої суміші, яку відбирають перед дроселюючим пристроєм 5. Камера газифікації 3 виконана в вигляді порожнистого ступінчатого циліндру 8 з виходом 9. В бокових стінках камери газифікації 3 розташовані форсунки 4, які розміщені по довжині камери 3 в температурних зонах І, II, IIІ камери газифікації 3. В нижній частині пристрою встановлено пристосування 10 для видалення золи. Конкретний приклад реалізації способу, що заявляється: Спалювалось високозольне вугілля з такими характеристиками: вміст вуглецю 44% вміст водню 0,8% вміст кисню 5,3% вміст сірки 3,2% волога 1,0% зольність 44,4% теплотворна здібність 15,6Мдж/кг Для спалювання вказаного вугілля використовувався пальниковий пристрій, схема якого приведена в описі заявляемого винаходу. Носієм пиловугільного палива було повітря за винятком подачі палива в другу температурну зону газифікації, де носієм використовувалась водяна пара. Технологічні параметри спалювання палива і одержані результати по кожному прикладу приведені в наступній таблиці. Найменування параметрів способу Загальні витрати палива, т/год Витрати палива для Приклад №1 Приклад№ Приклад№ Приклад№ Приклад№ 2 3 4 5 Приклад №6 10 10 10 10 10 10 30 30 30 35 35 35 повного спалювання (перша частина палива), % від загальної витрати Витрати палива в першу температурну зону, % від другої частини палива Витрати палива в другу температурну зону, % від другої частини палива Витрати палива в третю температурну зону, % від другої частини палива Температура першої зони, град. С Температура другої зони, град.С Температура третьої зони, град. С Співвідношення водяної пари до вугілля в суміші, що подається в другу температурну зону Характеристика теплового потоку на виході, Мвт 45 50 55 45 50 55 25 30 35 25 30 35 30 20 10 30 20 10 1250 1225 1200 1250 1225 1200 1000 900 800 1000 900 800 600 500 400 600 500 400 0,35 0,45 0,55 0,35 0,45 0,55 39,4 40,2 43,5 44,2 44,8 45,7 У всіх прикладах спостерігалось швидке займання і повне вигоряння палива, стійке горіння палива без "підсвітки" процесу горіння другими високореакційними видами палива.